(57)【要約】      （修正有）【課題】発電、天然ガスの液化または同様の工業用途の航空機転用形ガスタービンを提供する。【解決手段】ロードカップリングから熱を取り除くことで、負荷接続部の熱による変形を抑え、タービン４７および負荷軸受の軸方向の負荷を減らす。ガスタービン３３が記載されており、このガスタービン３３は少なくとも、コンプレッサ４３と、出力タービン４７と、該ガスタービン３３を負荷３７に接続するロードカップリング３５と、ロードカップリング３５の少なくとも部分的に囲むロードカップリングガード６５と、ロードカップリングガード内で冷却空気流を循環させることで、ロードカップリング３５から十分に熱を取り除くように設計され配置された冷却空気流路５１、６１、６３を備える。【選択図】図２
2013117226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（３３）であって、コンプレッサ（４３）と、出力タービン（４７）と、前記ガスタービン（３３）を負荷（３７）に接続するロードカップリング（３５）と、該ロードカップリング（３５）の少なくとも部分的に囲むロードカップリングガード（６５）と、該ロードカップリングガード内で冷却空気流を循環させることで、前記ロードカップリング（３５）から十分に熱を取り除くように設計され配置された冷却空気流路（５１、６１、６３）とを備えるガスタービン（３３）。
【請求項２】
前記ガスタービンが航空機転用形である、請求項１記載のガスタービン。
【請求項３】
前記ロードカップリング（３５）が、前記ガスタービンの高温端部に接続される、請求項１または２記載のガスタービン。
【請求項４】
前記ロードカップリング（３５）および前記ロードカップリングガード（６５）が、排気収集器−拡散器組立体（４９）を貫通するように延びており、この組立体が、前記ロードカップリングおよび前記ロードカップリングガード（６５）を少なくとも部分的に囲んでいる、請求項３記載のガスタービン。
【請求項５】
前記ガスタービン（３３）を収容するターボ機械区画（５５）と、該ターボ機械区画（５５）内で冷却空気を循環させるための冷却空気循環システムと、負荷区画（５３）とで構成されたガスタービンパッケージ（３１）を備え、前記ロードカップリング（３５）が、前記負荷区画（５３）を貫通するように延びる、請求項１乃至４の１つまたは複数に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記タービンパッケージ（３１）が、空気取入れプリナム（３９）を備え、前記ターボ機械区画（５５）が、該空気取入れプリナム（３９）と前記負荷区画（５３）の間に配置される、請求項５記載のガスタービン。
【請求項７】
前記空気流路が、空気口（６１）を備え、前記冷却空気循環システムからの冷却空気が強制的に循環され、少なくとも第１通気ダクト（６３）が、前記空気口（６１）を前記ロードカップリングガード（６５）に流体接続し、第２通気ダクト（６４；６６）が、前記負荷区画（５３）内に冷却空気を供給する、請求項５または６記載のガスタービン。
【請求項８】
前記負荷区画（５３）に冷却空気を供給する第３通気ダクト（６６；６４）を備える、請求項７記載のガスタービン。
【請求項９】
前記第２通気ダクト（６４）および前記第３通気ダクト（６６）が、前記第１通気ダクト（６３）の両側にほぼ対称的に配置される、請求項８記載のガスタービン。
【請求項１０】
前記ロードカップリングガード（６５）が、前記出力タービン（４７）の方を向く第１端部（６５Ａ）と、前記ロードカップリング（３５）に接続された前記負荷（３７）の方を向く第２端部（６５Ｂ）とを有し、少なくとも前記第１端部（６５Ａ）が開放されることで、前記ロードカップリングガード（６５）を脱出する冷却空気が、前記出力タービン（４７）に向けて誘導される、請求項１乃至９の１つまたは複数に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記第２端部（６５Ｂ）が開放され、前記ロードカップリングガード（６５）を脱出する冷却空気が、前記負荷（３７）に向けて誘導される、請求項１０記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記ロードカップリングガード（６５）の前記第１端部（６５Ａ）が、前記排気拡散器−収集器組立体（４９）によって少なくとも部分的に囲まれた中空の空間に配置され、これにより前記ロードカップリングガード（６５）を出る冷却空気が、前記排気拡散器−収集器組立体（４９）を冷却する、請求項４および１０、または４および１１記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記ロードカップリング（３５）が、少なくとも機械的な継手（６９Ａ；６９Ｂ）と、シャフト（６９）とを備える、請求項１０または１１または１２記載のガスタービン。
【請求項１４】
請求項１から１３の１つまたは複数に記載のガスタービン（３３）と、前記ガスタービンによって駆動される負荷（３７）とを備え、該負荷（３７）が、前記ロードカップリング（３５）によって前記ガスタービンに接続されるシステム。
【請求項１５】
ガスタービン（３３）におけるロードカップリング（３５）に対する熱および機械的ストレスを抑える方法であって、該ガスタービンが少なくともコンプレッサ（４３）と、出力タービン（４７）と、前記ガスタービン（３３）を負荷（３７）に接続するロードカップリング（３５）とを備えており、前記ロードカップリング（３５）の周りに冷却空気を押しやることにより、前記ロードカップリング（３５）から熱を取り除くステップを含む方法。
【請求項１６】
前記ロードカップリング（３５）を少なくとも部分的に囲む限定された空間（６７）を画定するステップと、該限定された空間内で前記冷却空気を強制的に循環させることで、前記ロードカップリング（３５）から熱を取り除くステップとを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ロードカップリング（３５）を少なくとも部分的に囲むようにロードカップリングガード（６５）を配置するステップであり、前記限定された空間（６７）が、前記ロードカップリングガード（６５）によって少なくとも部分的に定められるステップと、前記ロードカップリング（３５）と前記ロードカップリングガード（６５）の間で冷却空気を強制的に循環させることで、前記ロードカップリングから熱を取り除くステップとを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記出力タービン（４７）の方に向く前記ロードカップリングガード（６５）の少なくとも第１端部（６５Ａ）において、冷却空気が前記限定された空間（６７）を出るようにすることで、前記ロードカップリングガード（６５）の前記第１端部（６５Ａ）において前記限定された空間を出ていく冷却空気流が、前記出力タービン（４７）に対して誘導されるステップをさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記負荷（３７）の方に向く前記ロードカップリングガード（６５）の少なくとも第２端部（６５Ｂ）において、冷却空気が前記限定された空間（６７）を出るようにすることで、前記ロードカップリングガード（６５）の前記第２端部において前記限定された空間を出ていく冷却空気流が、前記出力タービン（４７）から離れ、前記負荷（３７）に向かうように誘導されるステップをさらに含む、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ガスタービン（３３）をガスタービンパッケージ（３１）内に配置するステップと、冷却空気流を生成して前記ガスタービン（３３）のケーシングを冷却するステップと、該冷却空気流の一部を前記限定された空間（６７）に向けてそらせるステップとを含む、請求項１６乃至１９の１つまたは複数に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガスタービン（３３）と前記負荷（３７）の間に負荷区画（５３）を設けるステップと、前記ロードカップリング（３５）と前記ロードカップリング（３５）を囲む前記限定された空間（６７）との少なくとも一部を前記負荷区画（５３）内に配置するステップと、前記冷却空気の一部を前記限定された空間内に、一部を前記負荷区画（５３）内に供給するステップとを含む、請求項１６乃至２０の１つまたは複数に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関し、例えば具体的には、但し排他的ではなく、航空機転用形ガスタービンに関する。より具体的には本開示は、発電、天然ガスの液化または同様の工業用途の航空機転用形ガスタービンの工業用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機転用形ガスタービンは、機械的な駆動用途の動力源として、ならびに工場、パイプライン、沖合のプラットフォーム、ＬＮＧ分野などの発電に広く利用されている。
【０００３】
図１は、ガスタービンと、該ガスタービンによって機械的に駆動される負荷を含むシステムの概略図を示している。より具体的には図１の線図では、参照番号１は、ガスタービンを指しており、これは、例えば天然ガスの液化ラインのコンプレッサやコンプレッサ列である負荷を駆動し、この負荷は３において概略的に示されている。ガスタービン１は、ロードカップリング５を利用して負荷３に接続される。ロードカップリング５は、シャフト７と継手９を備える。図１の例では、シャフト７は、ガスタービン１によって回転するように駆動され、変速機１１に接続される。該変速機１１の出力シャフト１３が、変速機１１を負荷３に接続する。負荷３は、単独の回転機、例えばコンプレッサ、または発電機、あるいは同一シャフト上にある１揃いの回転機を含むことができる。タービン１によって駆動される２つの隣接する回転機の間に別の変速機を配置することができる。
【０００４】
ガスタービン１は、ガス生成器１５および出力タービン１７を備える。ガス生成器１５は、コンプレッサ１９と、燃焼チャンバ２１と、高圧タービン２３とを備える。コンプレッサ１９に進入した空気が高圧で圧縮され、燃焼チャンバ２１で液体または気体燃料が添加される。この圧縮された高温の燃焼ガスは、まず高圧タービン２３内で膨張されるが、この高圧タービンは、内部シャフト２５を介してコンプレッサ１９に接続されている。高圧タービン２３における燃焼ガスの膨張により機械的な動力が生成され、この機械的動力がコンプレッサ１９を回転するように駆動する。一部が膨張した燃焼ガスは高圧タービン２３を出て、出力タービン１７に進入し、さらに膨張して機械動力を生成し、この機械動力がロードカップリング５を介して負荷３を駆動する。排気された燃焼ガスは、収集器−拡散器によって収集され、排出ライン２７を介して排出される。
【０００５】
図１に示される例では、ガスタービンは、単一シャフトのガスタービンであり、すなわち１本の内部シャフト２５が、ガス生成器１５の高圧タービン２３をコンプレッサ１９に接続するガスタービンである。出力タービンは、時には低圧タービンと呼ばれることもあり内部シャフト２５から切り離された１本のシャフトによって支持されるため、ガス生成器１５は、出力タービンとは異なる速度で出力タービン１７から独立して回転することができる。他のガスタービンの実施形態は、異なる数の内部シャフトを提供しており、ガス生成器は、異なる数のコンプレッサ、およびこのコンプレッサを駆動する異なる数のタービンを備えることができる。
【０００６】
このようなタービンは典型的には航空機転用形タービンである。
【０００７】
図の例示の実施形態では、負荷３は、ロードカップリング５を介して、いわゆるガスタービン１の高温の端部に接続されており、すなわち出力タービン１７が配置され、コンプレッサ１９側に対応する低温端部とは区別される端部に接続される。
【０００８】
ロードカップリング５は、ガスタービン１の高温端部において高温による温度変形を受けやすい。シャフト７は熱によって変形することでたわむことになり、すなわちシャフト７が熱膨張することで、出力タービン１７または負荷側に配置された機械類の負荷軸受に、すなわち変速機１１（あるとすれば）および／またはガスタービン１によって駆動される回転機３の軸受が損傷しないようにする措置を採り入れる必要がある。一般的に採用される措置は、シャフトの熱膨張を補償することができる継手を配置することである。それでもやはりシャフトの熱膨張は、この継手の両側にある軸受、すなわちタービン軸受と、変速機または回転機の軸受に対して軸方向の力を生成する。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書の以下に記載するように、本発明の一部の実施形態を参照すると、ガスタービンと負荷を接続するロードカップリングの少なくとも一部を少なくとも部分的に取り囲む空間に冷却空気流を送り込むことによって、強制的な対流によって自発的にロードカップリングから熱が取り除かれ、これにより負荷接続部の熱による変形を抑え、タービンおよび負荷軸受の軸方向の負荷を減らす。
【００１０】
そこに開示される主題のいくつかの実施形態によると、特定のガスタービンが設けられ、該ガスタービンは少なくともコンプレッサと、出力タービンと、ガスタービンを負荷に接続するロードカップリングと、ロードカップリングを少なくとも部分的に囲むロードカップリングガードと、該ロードカップリングガード内で冷却空気流を循環させることで、該ロードカップリングから十分に熱を取り除くように設計され配置された冷却空気流路とを備える。ロードカップリングガードに強制的に形成された空気の対流が、ロードカップリングから熱を取り除き、ロードカップリングを低温に保つことで、ロードカップリング全体の熱による変形を抑える。この方法において、負荷軸受の熱膨張によって生成される軸方向の負荷も、ガスタービンが、該ロードカップリングを介してガスタービンの高温端部の負荷、すなわちコンプレッサの側ではなく出力タービンの側の負荷に接続される際に小さくなる。
【００１１】
本明細書に開示される主題によるガスタービンの別の実施形態および利点となる特徴を以下に記載する。
【００１２】
いくつかの好ましい実施形態では、ガスタービンは、航空機転用形である。ガスタービンは、単一シャフトのガスタービンであり、すなわちコンプレッサが、高圧ガスタービンによって機械的に駆動されるガスタービンであり、この場合コンプレッサと高圧ガスタービンは、１本の共通のシャフト上に支持される。コンプレッサと高圧ガスタービンが、ガス生成器を形成している。排気された燃焼ガスは、高圧タービンを出て、出力タービンの中でさらに膨張する。出力タービンは、独立したシャフト上に支持されており、負荷を回転するように駆動する。いくつかの実施形態において、出力タービンと負荷の間に変速機が配置される。
【００１３】
他の実施形態において、ガスタービンは、２重シャフトまたは３重シャフトのガスタービンであってよく、これは２つまたは３つのコンプレッサと、２つまたは３つのタービンを備えており、同軸のシャフトがタービンとシャフトを互いに接続している。
【００１４】
コンプレッサとタービンの数に関わらず、また同軸のシャフトの数とも関係なく、出力タービン、すなわち負荷を駆動する動力を与えるタービンと、負荷の間にロードカップリングが設けられ、場合によって変速機を間に介入させることで、負荷と出力タービンを異なる回転速度で駆動する。ロードカップリングは一般に、少なくとも１本のシャフトと、１つまたは複数の継手を備える。シャフトは、１つまたは複数のシャフト区域、またはシャフト部分で構成されてよく、これらは互いに接続される。
【００１５】
いくつかの実施形態において、ロードカップリングおよびロードカップリングガードが、排ガスプリナムまたは排気収集器−拡散器組立体を貫通するように延びており、この組立体は、該ロードカップリングと該ロードカップリングガードを少なくとも部分的に囲んでいる。排気収集器−拡散器組立体は、ガスタービンの軸の周りに展開しており、排気され膨張した燃焼ガスを集め、それらを環境に排出する、あるいは膨張した高温の燃焼ガスを、例えば蒸気タービンやコージェネレーションプラントの別のタービンに搬送する。
【００１６】
いくつかの実施形態において、ガスタービンは、該ガスタービンを収容するターボ機械区画で構成されたガスタービンパッケージの中に少なくともその一部が配置される。いくつかの実施形態では、空気循環システムがさらに設けられ、ターボ機械区画内で冷却空気を循環させる。負荷区画は、好ましくはターボ機械区画の下流に配置される。負荷区画は、ターボ機械区画の片側に配置される。反対の空気取入れプリナムが、ターボ機械区画の反対側に配置されることで、ガスタービンのコンプレッサおよびターボ機械区画の中の空気がターボ機械のケーシングの外側を冷却することが可能になる。ガスタービンと負荷をつなぐロードカップリングは好ましくは、負荷区画を貫通するように延びている。ロードカップリングガードは、冷却空気循環システムまたは他の専用の供給源から空気を受け取ることができる。
【００１７】
冷却空気流路は、空気口を備えることができ、この場合該冷却空気循環システムからの冷却空気は強制的に循環される。少なくとも第１の通気ダクトが、該空気口を該ロードカップリングガードに流体接続しており、いくつかの実施形態では、第２通気ダクト、場合によっては第３通気ダクトが設けられ、負荷区画と流体連通することで、該負荷区画における強制的な空気の循環が可能になる。
【００１８】
ロードカップリングガードは、両端が開放した端部であってよく、このためロードカップリングガードによって定められる空間内を強制的に循環する空気が、ロードカップリングガードの両端において脱出することができる。これによりロードカップリングガードの外側に延びる部分においてもロードカップリングの冷却作用が強化される。
【００１９】
別の一態様によると、本明細書に開示される主題は、ガスタービンにおけるロードカップリングに対する熱および機械的ストレスを抑える方法に関し、該ガスタービンは少なくとも、コンプレッサと、出力タービンと、該ガスタービンを負荷に接続するロードカップリングとを備える。いくつかの実施形態によると、方法は、該ロードカップリングの周りに冷却空気を押しやることによってロードカップリングから熱を取り除くステップを含む。
【００２０】
いくつかの実施形態において、方法は、ロードカップリングを少なくとも部分的に囲む限定された空間を画定するステップと、該限定された空間内で冷却空気を強制的に循環させることで、ロードカップリングから熱を取り除くステップを含む。熱は通常ロードカップリングの一部のみから、すなわちガスタービンの高温端部に最も近い部分のみから取り除かれるが、これは熱による膨張が、ロードカップリングのこの区域に集中するためであることを理解されたい。
【００２１】
本明細書に開示される主題の例示の一実施形態において、方法は、ロードカップリングを少なくとも部分的に囲むようにロードカップリングガードを配置するステップであり、限定された空間が、このロードカップリングガードによって少なくとも部分的に定められるステップと、該ロードカップリングと該ロードカップリングガードの間で冷却空気を強制的に循環させることで、該ロードカップリングから熱を取り除くステップを含む。
【００２２】
別の実施形態において、方法はさらに、該出力タービンの方に向く該ロードカップリングガードの少なくとも第１端部において限定された空間から冷却空気を逃がすことで、該ロードカップリングガードの該第１端部において該限定された空間を出ていく冷却空気流が、該出力タービンに対して誘導されるステップを含むことができる。いくつかの実施形態において、方法はさらに、該負荷の方に向く該ロードカップリングガードの少なくとも第２端部において該限定された空間から冷却空気を逃がすことで、該ロードカップリングガードの該第２端部において該限定された空間を出ていく冷却空気流が、該出力タービンから離れ該負荷に向かうように誘導されるステップを含むことができる。ロードカップリングガードの第２端部は、環境に、すなわちタービンパッケージの外に向かって開放することができる。
【００２３】
いくつかの例示の実施形態によると、方法は、ガスタービンをガスタービンパッケージ内に配置するステップと、冷却空気流を生成して該ガスタービンのケーシングを冷却するステップと、該冷却空気流の一部を、ロードカップリングを部分的に囲んでいる限定された空間に向けてそらせるステップとを含む。
【００２４】
ガスタービンパッケージはまた、ガスタービンと負荷の間に負荷区画を備える。ロードカップリングおよび該ロードカップリングを囲む限定された空間の少なくとも一部を該負荷区画内に配置することができ、また冷却空気も一部が該限定された空間内を、一部が該負荷区画内を循環することができる。
【００２５】
複数の特徴および実施形態が本明細書の以下に開示されており、これらは添付の特許請求の範囲に記載されており、これは本記載に不可欠な部分を形成する。上記の簡潔な記載が、本発明の多様な実施形態の特徴を明記することで、以下に続く詳細な記載をより適切に理解することができ、当分野における本発明の貢献度をより適切に理解することができる。当然のことながら、本発明の他の特徴が以下に記載されるが、これらの特徴は添付の特許請求の範囲において明記される。この点に関して、本発明の複数の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の多様な実施形態は、その用途を以下の記載に明記される、あるいは図面に示される構成要素の構造の詳細および構成に限定されないことが理解される。本発明は他の実施形態も可能であり、また実践することが可能であり、様々な方法で実施される。また本明細書で採用されている言い回しや専門用語は記述するためのものであって、限定するものとみなすべきではないことを理解されたい。
【００２６】
そういうものとして当業者は、本開示が基礎とする概念を、他の構造、方法および／またはシステムを設計する際の基礎として利用することで、本発明の複数の目的を果たすことができることを理解するであろう。したがって特許請求の範囲は、それらが本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、このような等価な構造を含めるものとみなされることを重要である。
【００２７】
添付の図面を一緒に考慮に入れて、以下の詳細な記載を参照することによって、本発明の開示される実施形態、およびそれに付随するその利点がより適切に理解されるようになったとき、これらの完璧な理解が容易に実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術によるガスタービンとコンプレッサの配置を示す図である。
【図２】本明細書に開示される主題を具現化するガスタービンとコンプレッサの配置を示す図である。
【図３】図２の構成の垂直面による概略断面図である。
【図４】図３の線ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
例示の実施形態の以下の詳細な記載は、添付の図面を参照している。それぞれ異なる図面における同一の参照番号は、同一または同様の要素を特定している。これに加えて図面は、必ずしも縮尺通りではない。また以下の詳細な記載は、本発明を限定するものではない。代わりに本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００３０】
本明細書を通して「ある実施形態」または「一実施形態」または「いくつかの実施形態」という指示は、特定の実施形態に関連して記載される特定の機能、構造または特徴が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。よって本明細書を通して様々な箇所で「ある実施形態において」または「一実施形態において」または「いくつかの実施形態において」というフレーズが出てきたとしても、必ずしも同一の実施形態を指すとは限らない。さらに特定の機能、構造または特徴が、１つまたは複数の実施形態において任意の好適なやり方で組み合わされる場合もある。
【００３１】
図２は、本明細書に開示される主題を具現化するシステムを概略的に示している。このシステムは、ガスタービンと、ロードカップリングを利用してガスタービンに接続された負荷を備えている。より具体的には図２の線図による描写では、ガスタービンパッケージ３１は、ロードカップリング３５を利用して負荷３７に接続されたガスタービン３３を備えている。図２に示される例示の実施形態では、負荷３７は、コンプレッサとして表されており、例えば天然ガス液化システムの冷媒用コンプレッサとして表されている。図２に示される例示の実施形態では、ガスタービンとコンプレッサ３７の間に変速機３８が配置される。コンプレッサ３７は、同一のガスタービン３３によって駆動されるコンプレッサ列を形成する一連のコンプレッサのうちの１つであってよい。このガスタービンによって異なる種類の負荷を駆動することができることを理解されたい。例えば負荷が発電所の発電機の場合もある。ロードカップリングは、１つまたは複数の変速機および／または１つまたは複数の回転機、例えば電気機械やターボ機械などを含むことができる。
【００３２】
図２に示される例示の実施形態では、ガスタービンパッケージ３１は、空気取入れプリナム３９を備えており、このプリナムは、空気取入れライン４１およびガスタービン３３のコンプレッサ４３の入り口側と流体連通している。ガスタービン３３は、高圧タービン４５と出力タービン４７で構成することができる。高圧タービン４５は、内部シャフト（図示せず）によってコンプレッサ４３に駆動式に接続される。ガスタービンの燃焼チャンバ内に生成された燃焼ガスが、高圧タービン４５内で順次膨張することで、コンプレッサ４３を駆動するのに必要な動力を生成し、その後出力タービン４７内で膨張することで、負荷３７を駆動させる。例えば２つ以上のコンプレッサを順々に含み、ガスタービン３３の高温側に３つ以上のタービンを連続して含む異なるガスタービン構成が利用される場合がある。一般論としてガスタービン３３は、少なくとも１つのコンプレッサ４３と高圧タービン４５で構成されたガス生成器であり、該ガス生成器は、燃焼ガスを高温かつ高圧で提供し、このガスは１つまたは複数のタービン４７の中で膨張される。
【００３３】
いくつかの実施形態において、ガスタービン３３は航空機転用形であってよい。航空機転用ガスタービンのコンプレッサの数、タービンの数、シャフトの数、圧縮および膨張段の数を含めたその全体の構造および配置は、ある航空機転用ガスタービンと他のガスタービンでは異なっていてよい。好適な航空機転用形は、ＬＭ２５００+Ｇ４ ＬＳＰＴまたはＬＭ２５００航空機転用ガスタービンであり、この２つは共にＧＥ Ａｖｉａｔｉｏｎ、米国、オハイオ州、イブンデールより商業的に入手可能である。他の好適な航空機転用形は、ＧＥ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ、イタリア、フィレンツェより商業的に入手可能なＰＧＴ２５+Ｇ４ 航空機転用ガスタービン、またはＤｒｅｓｓｅｒ-Ｒａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ社、米国、テキサス州、ヒューストンより商業的に入手可能なＤｒｅｓｓｅｒ-Ｒａｎｄ Ｖｅｃｔｒａ（登録商標）４０Ｇ４航空機転用形である。他の実施形態では、航空機転用ガスタービンは、ＧＥ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ、イタリア、フィレンツェより商業的に入手可能なＰＧＴ１６、ＰＧＴ ２０またはＧＥ Ａｖｉａｔｉｏｎ、米国、オハイオ州、イブンデールより商業的に入手可能なＬＭ６０００航空機転用ガスタービンであってよい。
【００３４】
膨張され排気された燃焼ガスは、排気拡散器−収集器組立体４９の中に集められ、排出ライン５１を介して環境に向けて排出される。
【００３５】
図面に示される例示の実施形態では、排気拡散器−収集器組立体４９は、負荷区画５３に配置される。負荷区画５３は、取入れプリナム３９に対してガスタービンパッケージ３１の反対側に配置され、すなわちガスタービンの高温端部側に配置される。ロードカップリング３５が、出力タービン４７から排気拡散器−収集器組立体４９を貫通して延びることで、この組立体は、ロードカップリング３５を少なくとも部分的に取り囲む。
【００３６】
ガスタービン３３の低温端部側において空気取入れプリナム３９から吸い込まれた空気の一部は、ガスタービンパッケージ３１内を通って、より具体的にはターボ機械区画５５を通って流れており、この区画５５は、ガスタービンパッケージ３１の中間部分を形成し、ガスタービン３３の少なくとも一部を収容している。ターボ機械区画５５内を循環する空気が、ターボ機械のケーシングを冷却し、冷却空気排出ライン５７を介して排出される。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ターボ機械区画５５内の吸い込まれた冷却空気の一部は、空気口６１と流体連通する空気ダクト５９内にそらされる。
【００３８】
図面に示される例示の実施形態では、通気ダクト６３が、空気口６１とロードカップリングガード６５を流体接続しており、このロードカップリングガードの構造は図３に最もよく見ることができる。いくつかの実施形態において、ロードカップリングガード６５は、円筒形の胴またはスリーブ６７で構成されており、このスリーブは、ロードカップリング３５の一部を形成するシャフト６９の少なくとも一部分を囲んでいる。
【００３９】
いくつかの実施形態において、ロードカップリングガード６５は、ガスタービン３３の方を向く第１端部６５Ａと、負荷３７の方を向く第２端部６５Ｂを備える。少なくとも一端が、好ましくは両端６５Ａと６５Ｂが開放されることで、空気口６１から冷却空気が強制的に循環され、通気ダクト６３が、ロードカップリングガード６５の円筒形の胴またはスリーブ６７によって定められた限定された空間またはスペースから脱出するように形成されており、該空間は、参照番号７０によって示されている。いくつかの実施形態において、ロードカップリングガードの第１端部６５Ａは、この第１端部６５Ａを脱出する空気が、排気拡散器−収集器組立体４９に対して押しやられるように配向されている。いくつかの実施形態において、ロードカップリングガード６５の第２端部６５Ｂは、環境に対して、すなわちタービンパッケージの外に向けて開放することで、ロードカップリングを囲んでいる限定された空間内を強制的に循環している冷却空気の一部が環境に逃がされる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、空気口６１は付加的に、第２通気ダクト６４、場合によっては第３通気ダクト６６（図４を参照）と流体連通している。
【００４１】
第２ダクト６４および第３通気ダクト６６は、負荷区画５３に配置された開放端部を備えており、これにより通気ダクト６４、６６に押し込まれた空気が、負荷区画５３に逃がされる。負荷区画を循環する空気が、負荷区画５３を冷却し、中に配置されたいずれの装置も冷却する。
【００４２】
上記に記載する構成の場合、冷却空気循環システムによって空気ダクト５９を介して押し込まれた冷却空気は、第１通気ダクト６３、ならびにあるとすれば第２および／または第３通気ダクト６４および６６に進入させられる。第１通気ダクト６３によってロードカップリング３５を囲む空間７０に搬送された空気流が、ロードカップリング３５を冷却し、より具体的にはロードカップリングガード６５によって囲まれたシャフト６９を冷却する。ロードカップリングガード６５の両端部６５Ａおよび６５Ｂから脱出する空気流は、ロードカップリングガード６５から延びるシャフト６９の一部と、ロードカップリングガード６５の外にある該シャフト６９に配置された１つまたは複数の継手の両方から熱を取り除くようにされている。これに加えてロードカップリングガード６５の開放端部６５Ａから脱出する空気は、排気拡散器−収集器組立体４９に向けて配向され、ロードカップリング３５を囲む領域の温度を下がった状態に維持する。
【００４３】
冷却空気の温度および冷却空気流の速度は、ロードカップリング３５の温度、より具体的にはシャフト６９の温度をタービン側ならびに負荷側の両側でシャフトの軸受に対する軸方向の負荷を実質的に低下させるように維持するのに有利なものである。
【００４４】
特に図３から理解され得るように、いくつかの実施形態においてロードカップリングガード６５の開放端部６５Ａは、排気拡散器−収集器組立体４９の中空の部分に配置され、ロードカップリング３５はここを貫通して延びている。この方法において管状のロードカップリングガード６５を出ていく有効な冷却空気流は、ちょうどこの領域に最も高温の負荷が在るシャフト６９の近位端、場合によってはシャフト６９とガスタービン３３の高温端部の間に配置された継手６９Ａに沿って誘導され、該熱負荷は、排気拡散器−収集器組立体４９によって集められた高温の排ガスによって集められ、排出ライン５１の方にそらされる。
【００４５】
図４は、ロードカップリングガード６５の第２開放端６５Ｂの領域においてロードカップリング３５に配置された別の継手６９Ｂを概略的に示している。この領域においても、開放端６５Ｂから強制的に脱出するようにされた冷却空気流は、ロードカップリング３５のこの領域を効果的に冷却することができる。
【００４６】
本明細書に記載される主題の開示される実施形態を図面に示し、複数の例示の実施形態に関連して綿密かつ詳細に上記に十分に記載してきたが、本明細書に明記される新規の教示、原理および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に列記される主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更および省略を行なうことが可能であることは当業者に明らかである。よってこのような全ての修正、変更および省略を包含する目的で、開示される改変の適切な範囲は、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決められるべきである。これに加えて、いかなる製法または方法ステップの順序またはシーケンスは、代替の実施形態によって変えられたり、並べ直されたりする場合もある。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガスタービン
３  負荷
５  ロードカップリング
７  シャフト
９  継手
１１  変速機
１３  出力シャフト
１５  ガス生成器
１７  出力タービン
１９  コンプレッサ
２１  燃焼チャンバ
２３  高圧タービン
２５  内部シャフト
２７  排出ライン
３１  ガスタービンパッケージ
３３  ガスタービン
３５  ロードカップリング
３７  負荷
３９  空気取入れプリナム
４１  空気取入れライン
４３  コンプレッサ
４５  高圧タービン
４７  出力タービン
４９  排気拡散器−収集器組立体
５１  排出ライン
５３  負荷区画
５５  ターボ機械区画
５７  冷却空気排出ライン
５９  空気ダクト
６１  空気口
６３  通気ダクト
６４  第２通気ダクト
６５  ロードカップリング
６５Ａ  第１端部
６５Ｂ  第２端部
６６  第３通気ダクト
６７  スリーブ
６９  シャフト
６９Ａ、６９Ｂ  継手
７０  限定された空間
【図１】
2013117226.tif 000003
【図２】
2013117226.tif 000004
【図３】
2013117226.tif 000005
【図４】
2013117226.tif 000006